1、1第三章第三章 機械分離機械分離2一、均相物系和非均相物系一、均相物系和非均相物系(P101) 概 述 混合物混合物均相混合物：所需分離的物質在同一相中，不能用機械均相混合物：所需分離的物質在同一相中，不能用機械 的方法分離；的方法分離；非均相混合物：具有一個以上的相，可以用機械的方非均相混合物：具有一個以上的相，可以用機械的方 法分離。相界面兩側的物質性質不同。法分離。相界面兩側的物質性質不同。3二、連續相與分散相二、連續相與分散相三、三、 非均相物系的分類非均相物系的分類概 述 41.按狀態分液態非均相物系：固、液、氣分散在液相中。分： 懸浮液(液固物系) 乳濁液(液液物系) 泡沫液(液氣

2、物系)氣態非均相物系：固、液分散在氣相中。分： 含塵氣體(氣固物系) 含霧氣體(氣液物系)2.按顆粒大小分粗懸浮系統：d100m 懸浮系統：0.1md100m 膠體系統：d200000后，后，驟然下降，在驟然下降，在Re0 =(310)105范范圍內可近似取圍內可近似取= 0.1。123.1.2靜止流體中顆粒的自由沉降36gsFdg36bFdg212dpFAuFd Fg Fb t uu0加速段加速段勻速段勻速段13根據牛頓第二運動定律： gbdFFFma2332366426ssudgdgdda43stgdu-球形顆粒沉降速度（終端速度）14當當ReRet t2 2時時218stgduRet=2

3、500時時120.60.27sttgduReReRet t=500 =500 2 210105 5時時121.74stgdu15假設沉降處于層流區假設沉降處于層流區Stokes定律求定律求ut核算核算Ret若若Ret 2，則用相應的公式求，則用相應的公式求ut核算核算Ret16132sgKd 避免試差：K K=3.3=3.3，斯托克斯區上限。，斯托克斯區上限。K K=43.6=43.6，牛頓定律區下限。，牛頓定律區下限。17三、沉降速度影響因素三、沉降速度影響因素以上的沉降過程為在重力作用下球形顆粒的自由沉降：以上的沉降過程為在重力作用下球形顆粒的自由沉降： 顆粒為球形；顆粒為球形； 顆粒沉降

4、時彼此相距較遠，互不干擾；顆粒沉降時彼此相距較遠，互不干擾； 容器壁對沉降的阻滯作用可以忽略；容器壁對沉降的阻滯作用可以忽略； 顆粒直徑不能小到受流體分子運動的影響。顆粒直徑不能小到受流體分子運動的影響。在實際情況中還需考慮以下因素的影響：在實際情況中還需考慮以下因素的影響： （1）干擾沉降：顆粒濃度較高（2）器壁效應：容器尺寸較小（3）分子運動：顆粒直徑很小（4）顆粒形狀：非球形顆粒曳力系數較大（5）液滴或氣泡的變形：變形導致曳力系數變化18【例31】落球粘度計。使用光滑小球在粘性液體中的自由沉降可以測定液體的粘度。現有密度8010kg/m3、直徑0.16mm的鋼球置于密度為980kg/m3

5、的某液體中，盛放液體的玻璃管內徑為20mm。測得小球的沉降速度為1.70mm/s，試驗溫度為20，試計算此時液體的粘度。測量是在距液面高度1/3的中段內進行的，從而免除小球初期的加速及管底對沉降的影響。當顆粒直徑d與容器直徑D之比d/D0.1，雷諾數在斯托克斯定律區內時，器壁對沉降速度的影響可用下式修正： Dduutt104. 2119 式中ut為顆粒的實際沉降速度；ut為斯托克斯定律區的計算值。1 . 01081021016. 0323Dd解：smDduutt/1073. 1108104. 211070. 1104. 2133320計算有效。校核雷諾數：21070. 40567. 09801

6、070. 11016. 0Re333tduspaugdts0567. 01073. 11881. 998080101016. 0183232假設在斯托克斯區：21223.1.3 重力沉降設備重力沉降設備一、降塵室一、降塵室 利用重力沉降原理從氣流中分離出所含 固體顆粒的設備。1）降塵室的生產能力）降塵室的生產能力降塵室的生產能力是指降塵室的生產能力是指降塵室所處理的含降塵室所處理的含塵氣體的體積流量，塵氣體的體積流量，用用Vs表示，表示，m3/s。降塵室內的降塵室內的顆粒顆粒運動運動 以速度以速度u隨氣體流動隨氣體流動 以速度以速度ut作沉降運動作沉降運動23 顆粒能夠沉降到集塵斗中有什么條件

7、呢？顆粒能夠沉降到集塵斗中有什么條件呢？ 顆粒在降塵室中的沉降時間小于停留時間時，顆顆粒在降塵室中的沉降時間小于停留時間時，顆粒在流體離開降塵室前即可沉降到降塵室的底部。粒在流體離開降塵室前即可沉降到降塵室的底部。 24ttuHult降塵室使顆粒沉降的條件降塵室使顆粒沉降的條件b 注意：注意：當某直徑的顆粒滿足當某直徑的顆粒滿足 t t時，它能夠被時，它能夠被完全（完全（100%）地分離；當某直徑的顆粒滿足）地分離；當某直徑的顆粒滿足t t時，它不是不能被分離，仍然可以被分離，只不過時，它不是不能被分離，仍然可以被分離，只不過是不能被完全分離。是不能被完全分離。25VsBLut=A底底ut理論

8、上降塵室的生產能力只與其沉降面積BL及顆粒的沉降速度ut有關，而與降塵室高度H無關。故降塵室應設計成扁平形，或在室內均勻設置多層水平隔板，構成多層降塵室。 若設置若設置n層隔板，則層隔板，則 Vs（n+1）BLut26 降塵室生產能力與設備高度無關，那么降塵室的高度是否越小越好呢？H時，根據時，根據 若若u不變，則不變，則L，生產能力，生產能力Vs=BLut；為保證生產能；為保證生產能力不變，必須力不變，必須B；降塵室變得短而寬，氣體進入降塵室；降塵室變得短而寬，氣體進入降塵室還未穩定就離開降塵室了，氣體在降塵室內的分布不均還未穩定就離開降塵室了，氣體在降塵室內的分布不均勻造成分離能力下降；所

9、以在降塵室的前后均有漸縮和勻造成分離能力下降；所以在降塵室的前后均有漸縮和漸擴裝置；漸擴裝置； 若若L不變，不變，u，生產能力不變；若流速太大，則沉降，生產能力不變；若流速太大，則沉降后的顆粒被重新揚起，分離效率后的顆粒被重新揚起，分離效率，故應保證氣體流動，故應保證氣體流動維持層流狀態，一般維持層流狀態，一般u 3m/s，易揚起的物料，易揚起的物料u dmin：全部沉降全部沉降ddmin：ututc, ,此時，顆粒在沉降室內的時間仍然是：此時，顆粒在沉降室內的時間仍然是：則該直徑顆粒的沉降高度則該直徑顆粒的沉降高度h為為: 假定顆粒在降塵室進口的爐氣中均勻分布，則顆假定顆粒在降塵室進口的爐氣

10、中均勻分布，則顆粒在降塵室內的沉降高度與降塵室的高度之比：粒在降塵室內的沉降高度與降塵室的高度之比：h/H為該直徑顆粒的為該直徑顆粒的分離質量分率分離質量分率(回收百分率回收百分率)uLuLuuHuhttct30提高沉降室的捕集效率方法:降低室內氣流速度（增加停留時間）；降低沉降室高度（增加處理量、降低降塵時間）；增大沉降室長度（增加處理量、停留時間） 。31【例3-2】擬采用降塵室回收常壓爐氣中所含的球形固體顆粒。降塵室底面積為10m2，寬和高均為2m。操作條件下，氣體的密度為0.75kg/m3，粘度為2.610-5Pas；固體的密度為3000kg/m3；降塵室的生產能力為3m3/s。試求：

11、1）理論上能完全捕集下來的最小顆粒直徑；2）粒徑為40m的顆粒的回收百分率；3）如欲完全回收直徑為10m的塵粒，在原降塵室內需設置多少層水平隔板？3230.3m/s10stVublm1 .69m1091. 681. 930003 . 0106 . 2181855mingudst解：1）理論上能完全捕集下來的最小顆粒直徑在降塵室中能夠完全被分離出來的最小顆粒的沉降速度為由于粒徑為待求參數，沉降雷諾準數Ret和判斷因子K都無法計算，故需采用試差法。假設沉降在滯流區，則可用斯托克斯公式求最小顆粒直徑，即335min56.91 100.3 0.75Re0.59822.6 10ttdu核算沉降流型故設在

12、滯流區沉降正確。2）40m顆粒的回收百分率假設顆粒在爐氣中的分布是均勻的，則在氣體的停留時間內顆粒的沉降高度與降塵室高度之比即為該尺寸顆粒被分離下來的分率。由于各種尺寸顆粒在降塵室內的停留時間均相同，故40m顆粒的回收率也可用其沉降速度ut與69.1m顆粒的沉降速度ut之比來確定，在斯托克斯定律區則為342623510 103000 9.816.29 10 m/s1818 2.6 10stdgu69.4611029. 610313tsbluVn20.042m147 1Hhn回收率= ut / ut=(d/dmin)2=(40/69.1)2=0.335即回收率為33.5%。3）需設置的水平隔板層

13、數由上面計算可知，10m顆粒的沉降必在滯流區，可用斯托克斯公式計算沉降速度，即取47層隔板間距為3530.75m/s2 2sVubHm082. 0042. 022042. 02424hbbhde50.082 0.75 0.75Re177420002.6 10ed u核算氣體在多層降塵室內的流型：若忽略隔板厚度所占的空間，則氣體的流速為所以即氣體在降塵室的流動為滯流，設計合理。36【例3-3】用總高用總高4m、寬、寬1.7m、長、長4.55m的重力降塵的重力降塵室分離空氣中的粉塵。中間等高安排室分離空氣中的粉塵。中間等高安排39塊隔板，每塊隔板，每小時通過降塵室的含塵氣體為小時通過降塵室的含塵氣

14、體為2000m3(標況標況)，在氣，在氣體的密度為體的密度為1.6kg/m3(標況標況)，氣體溫度為，氣體溫度為400，此，此時粘度為時粘度為310-5Pas，粉塵的密度為，粉塵的密度為3700 kg/m3。試求此降塵室能分離的最小塵粒的直徑；除去試求此降塵室能分離的最小塵粒的直徑；除去6m顆粒的百分率。顆粒的百分率。 373S2734002000/36001.37m /s273V解：有題可知，3002stSt2731.60.649kg/m27340018TTgduVnBLu假設沉降處于層流區：38SCs5618118 3 101.378.12 10 m8.11m37000.6499.81 4

15、.55 1.7 40Vdg BL n 2s3t63t54CRe4.42 10 m/s188.11 104.22 100.649Re3 107.75 102d8.12 mgdudu驗證：假設成立，39233336 mL/ u4.55 1.7 4/1.36922.60s2.42 10/182.42 10=54.75%4.42 102.42 1022.60.0546940.1400.05469=54.60.1sttdgdum shumhm 時，同上可知沉降屬于層流區。停留時間：沉降速度：則除去百分數為：或者：在 內沉降的高度：每層高度：，則除去百分數為：9%40例例3-4：擬采用降塵室除去常壓爐氣中

16、的球形塵粒。降塵室的擬采用降塵室除去常壓爐氣中的球形塵粒。降塵室的寬和長分別為寬和長分別為2m和和6m,氣體處理量為氣體處理量為1標準標準m3/s，爐氣溫度為爐氣溫度為427，相應的密度，相應的密度=0.5kg/m3，粘度粘度=3.410-5Pa.s，固體固體密度密度S=4000kg/m3操作條件下，規定氣體速度不大于操作條件下，規定氣體速度不大于0.5m/s，試求：試求：1降塵室的總高度降塵室的總高度H；2理論上能完全分離下來的最小顆粒尺寸；理論上能完全分離下來的最小顆粒尺寸；3. 粒徑為粒徑為40m的顆粒的回收百分率；的顆粒的回收百分率；4. 欲使粒徑為欲使粒徑為10m的顆粒完全分離下來，

17、需在降降塵室內設的顆粒完全分離下來，需在降降塵室內設置幾層水平隔板？置幾層水平隔板？41解：解：1）降塵室的總高度）降塵室的總高度HsmtVVS/564. 2273427273127327330buVHS5 . 02564. 2m564. 22）理論上能完全出去的最小顆粒尺寸）理論上能完全出去的最小顆粒尺寸 blVustsm/214. 062564. 2用試差法由用試差法由ut求求dmin。假設沉降在斯托克斯區假設沉降在斯托克斯區 42gudst18min807. 95 . 04000214. 0104 . 3185m51078. 5核算沉降流型核算沉降流型 1182. 01014. 35 .

18、 0214. 01078. 5Re55ttdu原假設正確原假設正確smgdust/103. 0104 . 318807. 95 . 0400010401852623）粒徑為）粒徑為40m的顆粒的回收百分率的顆粒的回收百分率粒徑為粒徑為40m的顆粒定一在滯流區的顆粒定一在滯流區 ？其沉降速度其沉降速度 假設顆粒在降塵室入口處的爐氣中是均勻分布的，則假設顆粒在降塵室入口處的爐氣中是均勻分布的，則%13.48ttuu直徑為直徑為40m的顆粒被回收的百分率為：的顆粒被回收的百分率為： 434）水平隔板層數）水平隔板層數 smgdust/1041. 6104 . 318807. 95 . 0400010

19、118362521tSbluVn1104 . 662564. 233 .32取取33層層 板間距為板間距為 1nHhm0754. 0133564. 2 由規定需要求出完全除去的由規定需要求出完全除去的最小粒徑最小粒徑求沉降速度求沉降速度， 粒徑為粒徑為10m的顆粒的沉降必在滯流區，的顆粒的沉降必在滯流區， 再再由生產能力和底面積由生產能力和底面積求得多層降塵室的求得多層降塵室的水平隔板層數水平隔板層數。44核算氣體在多層降塵室內的流型：若忽略隔板厚度所占的空間，則氣體的流速為：u=0.5m/s即氣體在降塵室的流動為滯流，設計合理。20001068104 . 35 . 05 . 0145. 0R

20、e145. 0)0754. 02(20754. 024)(245udmhbbhdee所以，45464748495051核算氣體在多層降塵室內的流型：若忽略隔板厚度所占的空間，取3層隔板后，每層的高度為：7.7/3=2.57m，則氣體的流速為所以mhbbhde11. 2)57. 28 . 1 (257. 28 . 14)(24故設計不是最合理的。200031716Reude52533 3.1.4 .1.4 離心沉降離心沉降 依靠慣性離心力的作用而實現的沉降過程叫作離心沉降。在高速旋轉的流體中，顆粒所受的離心力比重力大得多，其分離效果明顯優于重力沉降。54離心加速度離心加速度（離心力場強度）（離心

21、力場強度）一、離心沉降速度1、球形顆粒的離心沉降速度、球形顆粒的離心沉降速度直徑為直徑為d的球形粒子在流體中作勻速圓周運動，的球形粒子在流體中作勻速圓周運動，切線速度為切線速度為uT；徑向速度徑向速度ur； 旋轉半徑為旋轉半徑為R粒子密度為粒子密度為s；流體密度為流體密度為慣性離心力（與重力相當）慣性離心力（與重力相當）: 向心力向心力(與重力場中的浮力相當與重力場中的浮力相當): 阻力阻力(與顆粒徑向運動方向相反與顆粒徑向運動方向相反): 徑向受力分析徑向受力分析RudTs236RudT2362422rud（指向中心）（指向中心）（指向中心）（指向中心）ur uTuR（中心指向外周（中心指向

22、外周 ）55三力達到平衡，則：三力達到平衡，則：RudTs236RudT23602422rud 平衡時顆粒在平衡時顆粒在徑向徑向上相對于流體的運動速度上相對于流體的運動速度ur便是此位置便是此位置上的上的離心沉降速度離心沉降速度。RuduTsr234離心沉降速度表達式離心沉降速度表達式 gdust3)(4重力沉降速度表達式重力沉降速度表達式兩者區別在于兩者區別在于加速度的不同，一個是加速度的不同，一個是“uT2/R”， 一個是一個是“g” 。ur uTuR56 注意：離心沉降與重力沉降的類比。顆粒離心沉降的速度方向是由圓心沿徑向指向外周，但由于顆粒和流體同時做圓周運動，顆粒的實際運動軌跡是一個

23、半徑逐漸擴大的螺旋線。離心沉降速度并不是顆粒的實際運動速度，只是其在徑向上的分量。 572 離心分離因數離心分離因數 離心沉降時，如果顆粒與流體的相對運動屬于滯流，離心沉降時，如果顆粒與流體的相對運動屬于滯流，阻力系數阻力系數亦可用重力沉降中亦可用重力沉降中關系式表達，則：關系式表達，則： 24RetRuduTsr2218 同一顆粒在同一種介質中的同一顆粒在同一種介質中的離心沉降速度與重離心沉降速度與重力沉降速度的比值力沉降速度的比值為為 ：cTtrKgRuuu2比值比值Kc就是粒子所在位置上的就是粒子所在位置上的慣性離心力場強度慣性離心力場強度與重力場強度之比與重力場強度之比稱為稱為離心分離

24、因數離心分離因數。58例如；當旋轉半徑R=0.4m，切向速度uT=20m/s時，求分離因數。1022gRuKTc分離因數是離心分離設備的重要指標。某些高速離心機分離因數值可高達數十萬。旋風或旋液分離器的分離因數一般在52500之間。表明離心沉降速度是沉降速度的百倍，因此離心沉降設備分離效果遠高于重力沉降設備。59二、旋風分離器二、旋風分離器利用慣性離心力從氣流中分離出塵粒的設備。利用慣性離心力從氣流中分離出塵粒的設備。 60外圓筒外圓筒內圓筒內圓筒錐形筒錐形筒切向入口切向入口關風器關風器(防止空氣進入防止空氣進入)含塵氣體含塵氣體固相固相凈化氣體凈化氣體外旋流外旋流內旋流內旋流含塵氣體從圓筒上

25、部長方形切線含塵氣體從圓筒上部長方形切線進口進入。進口進入。1 1、操作原理、操作原理含塵氣體沿圓筒內壁作旋轉流動。含塵氣體沿圓筒內壁作旋轉流動。顆粒的離心力較大，被甩向外層，顆粒的離心力較大，被甩向外層，氣流在內層。氣固得以分離。氣流在內層。氣固得以分離。在圓錐部分，旋轉半徑縮小而切在圓錐部分，旋轉半徑縮小而切向速度增大，氣流作下螺旋運動。向速度增大，氣流作下螺旋運動。在圓錐的底部附近，氣流轉為上升在圓錐的底部附近，氣流轉為上升旋轉運動，最后由上部出口管排出；旋轉運動，最后由上部出口管排出；固相沿內壁落入灰斗。固相沿內壁落入灰斗。61上渦旋上渦旋氣流從除塵器氣流從除塵器頂部向下高速旋轉時，一

26、頂部向下高速旋轉時，一部分氣流帶著細小的塵粒部分氣流帶著細小的塵粒沿筒壁旋轉向上，到達頂沿筒壁旋轉向上，到達頂部后，再沿排出管外壁旋部后，再沿排出管外壁旋轉向下，最后從排出管排轉向下，最后從排出管排出。出。降低除塵效率降低除塵效率62 分離器內的分離器內的靜壓強在器壁附近最靜壓強在器壁附近最高高，僅稍低于氣體進口處的壓強，往，僅稍低于氣體進口處的壓強，往中心逐漸降低，在中心逐漸降低，在氣芯處可降至氣體氣芯處可降至氣體出口壓強以下出口壓強以下。旋風分離器內的低壓。旋風分離器內的低壓氣芯由排氣管入口一直延伸到底部出氣芯由排氣管入口一直延伸到底部出灰口。灰口。注意密封注意密封。旋風分離器分離粒徑范圍

27、：旋風分離器分離粒徑范圍：5200m 不適于：黏性粉塵、含濕量高粉塵、腐蝕性粉塵不適于：黏性粉塵、含濕量高粉塵、腐蝕性粉塵 632 2、旋風分離器的性能、旋風分離器的性能 評價旋風分離器性能的主要指標是評價旋風分離器性能的主要指標是塵粒從氣流中的分離效塵粒從氣流中的分離效果（臨界粒徑和分離效率）及氣體經過旋風分離器的壓強降。果（臨界粒徑和分離效率）及氣體經過旋風分離器的壓強降。 1） 臨界粒徑臨界粒徑理論上在旋風分離器中能完全分離下來的最小顆粒直徑。理論上在旋風分離器中能完全分離下來的最小顆粒直徑。 a) 進入旋風分離器的氣流嚴格按照螺旋形路線作等速運進入旋風分離器的氣流嚴格按照螺旋形路線作等

28、速運動，且切線速度恒定，等于進口氣速動，且切線速度恒定，等于進口氣速uT=ui；RuduTsr2218表示表示c) 顆粒在層流情況下做自由沉降，徑向速度可用顆粒在層流情況下做自由沉降，徑向速度可用 b) 顆粒沉降過程中所穿過的氣流厚度為進氣口寬度顆粒沉降過程中所穿過的氣流厚度為進氣口寬度B64D200 m 5 m 5 m 灰塵灰塵含塵氣體含塵氣體凈化氣體凈化氣體灰塵灰塵灰塵灰塵重力沉降室重力沉降室旋風分離器旋風分離器袋濾器袋濾器離心風機離心風機76 練習練習：習題習題5、7773.3.2 2 過濾過濾 過濾是在外力作用過濾是在外力作用下下，利用，利用過濾介質過濾介質使使懸浮液懸浮液中的液體中的

29、液體通過，而通過，而固體顆粒固體顆粒被截留在被截留在介質上，從而實現介質上，從而實現固液分離固液分離的一種單元操作。的一種單元操作。過濾介質過濾介質多孔物質多孔物質濾漿（料漿）濾漿（料漿）懸浮液懸浮液濾液濾液通過多孔通道的液體通過多孔通道的液體濾餅（濾渣）濾餅（濾渣）被截留的固體物質被截留的固體物質推動力推動力壓強差壓強差783.2.1 概述概述一、過濾方式一、過濾方式 （1）深層過濾）深層過濾: 顆粒尺寸比過濾介質孔徑小，過濾介質的孔道彎曲細長，顆粒尺寸比過濾介質孔徑小，過濾介質的孔道彎曲細長，當流體通過過濾介質時，顆粒隨流體一起進入介質的孔道中，當流體通過過濾介質時，顆粒隨流體一起進入介質

30、的孔道中，在表面力和靜電的作用下附著在孔道壁面上。在表面力和靜電的作用下附著在孔道壁面上。特點：過濾在過濾介質內部進行，表面無固體顆粒層形成。特點：過濾在過濾介質內部進行，表面無固體顆粒層形成。由于過濾介質孔道細長，過濾阻力一般較大。由于過濾介質孔道細長，過濾阻力一般較大。適用于顆粒尺寸甚小，含量甚微的情況，如飲用水的凈化。適用于顆粒尺寸甚小，含量甚微的情況，如飲用水的凈化。過濾介質過濾介質懸浮液懸浮液深層過濾深層過濾79（2）濾餅過濾）濾餅過濾架橋現象架橋現象過濾剛開始，特別小的顆粒可能會通過過濾介質，得到渾濁的過濾剛開始，特別小的顆粒可能會通過過濾介質，得到渾濁的液體，但隨著過濾進行，較小

31、的顆粒在過濾介質表面形成液體，但隨著過濾進行，較小的顆粒在過濾介質表面形成“架橋架橋”（濾餅），其后，（濾餅），其后，濾餅成為了主要的濾餅成為了主要的“過濾介質過濾介質”，從而使通過從而使通過濾濾餅層的液體變為清液，固體顆粒得到有效分離。餅層的液體變為清液，固體顆粒得到有效分離。固體顆粒被截留在過濾介質表面上，形成顆粒層（濾餅）。固體顆粒被截留在過濾介質表面上，形成顆粒層（濾餅）。濾餅過濾適用于處理濾餅過濾適用于處理顆粒含量較高顆粒含量較高的懸浮液。的懸浮液。80二、過濾介質二、過濾介質1 1）織物介質織物介質2 2）多孔固體介質多孔固體介質3 3）堆積介質）堆積介質三、濾餅的壓縮性和助濾劑三

32、、濾餅的壓縮性和助濾劑不可壓縮濾餅不可壓縮濾餅 P126P126可壓縮濾餅可壓縮濾餅助濾劑助濾劑813.2.2 3.2.2 過濾基本方程過濾基本方程 L u V -濾液量濾液量V過濾時間過濾時間 的關系的關系-即為流速，即為流速，單位時間內通單位時間內通過單位過濾面積的濾液體積過單位過濾面積的濾液體積過濾速度過濾速度uAVq 其中其中ddddqAVu 濾餅過濾過程中，濾餅逐漸增厚，流動阻力也隨之逐濾餅過濾過程中，濾餅逐漸增厚，流動阻力也隨之逐漸增大，所以過濾過程屬于不穩定的流動過程。故漸增大，所以過濾過程屬于不穩定的流動過程。故 A82 L le u de u 流體在固定床內流動的簡化模型(1

33、)細管長度細管長度le與床層高度與床層高度L成正比成正比(2)細管的內表面積等于全部顆粒的表面積，細管的內表面積等于全部顆粒的表面積， 流體的流動空間等于床層中顆粒之間的全部空隙體積。流體的流動空間等于床層中顆粒之間的全部空隙體積。1、過濾基本方程的推導、過濾基本方程的推導簡化模型簡化模型：假定：假定：LKle0 潤濕周邊潤濕周邊流通截面積流通截面積 4ed 1444aVaVB細細管管的的全全部部內內表表面面積積細細管管的的流流動動空空間間真實速度真實速度 u u 1aaB濾餅體積濾餅體積濾餅濾餅(床層床層)的比表的比表面積面積顆粒的比顆粒的比表面積表面積83221udlpheef L le

34、u u de u 流體在固定床內流動的簡化模型eR64 濾餅內，雷諾數很小，屬層流流動，濾餅內，雷諾數很小，屬層流流動， ude eR2132eedlpu 1p -哈根哈根-泊謖葉方程泊謖葉方程le、de表達式（表達式（見上頁見上頁） uu AuuA 由質量守恒得：由質量守恒得：濾餅截濾餅截面積面積A84LpaKu122312rLp1 ddqAddVu 過濾阻力過濾阻力過濾推動力過濾推動力 eLrpLrpu 22 介質阻力）介質阻力）（濾餅阻力（濾餅阻力過濾總推動力過濾總推動力 eLLrpu p2 p1u232212maKr比阻，單位令思考：思考：影響過濾阻力的因素有哪些？影響過濾阻力的因素有

35、哪些？ 影響過濾速度的因素有哪些？影響過濾速度的因素有哪些？85eVVvrpA AddV設每獲得單位體積濾液時，被截留在過濾介質上的濾餅體設每獲得單位體積濾液時，被截留在過濾介質上的濾餅體積為積為v（m3濾餅濾餅/m3濾液），則濾液），則 sprr令令 AddVesVVvrAp1AvVL AvVLee eLLrpu 濾濾餅餅濾濾液液1c思考：思考：濾餅中全是固體物嗎？濾餅中全是固體物嗎？壓縮指數壓縮指數0s1（可壓縮濾餅）（可壓縮濾餅）s=0（不可壓縮濾餅）（不可壓縮濾餅）86vrpKs12令 eVVKAddV 22 eqqKddq 2 -過濾基本方程過濾基本方程過濾常數，過濾常數，由實驗測定

36、由實驗測定 pu思考：思考：影響影響K的因素有哪些？的因素有哪些？ 影響影響Ve或或qe的因素有哪些？的因素有哪些？87crpKs1232212aKr影響影響K的因素：的因素：影響影響qe或或Ve 的因素：的因素：濾餅性質（濾餅性質（s、 、a）濾漿性質（濾漿性質（v、 ）推動力（推動力（ p）過濾介質的性質（孔的結構、過濾介質的性質（孔的結構、 、r、厚度）、厚度） pu88 222KAVVVe 2、恒壓過濾、恒壓過濾vrpKs12過過濾濾阻阻力力過過濾濾推推動動力力 AddVu eVVKA 2 pu 表觀速度表觀速度積分得：積分得： 或或 Kqqqe 22若過濾介質阻力可忽略不計，則若過濾

37、介質阻力可忽略不計，則 22KAV 或或 Kq 2特點：特點： K為常數為常數 ，過濾速度愈來愈小。，過濾速度愈來愈小。恒壓過濾方程恒壓過濾方程22eeVKA89例：過濾一種固體顆體積分數為0.1的懸浮液,濾餅含水的體積分數為0.5,顆粒不可壓縮,經實驗測定濾餅比阻為1.31011m-2,水的粘度為1.010-3Pa.s。在壓強差恒為9.81104Pa的條件下過濾,假設濾布阻力可以忽略,試求：1）每m2過濾面積上獲得1.5m3濾液所需的過濾時間。2）如將此過濾時間延長一倍,可再得濾液多少？解：1）過濾時間33/25. 05 . 0/1 . 0115 . 0/1 . 01mm9014323112

38、2 9.81 106 10/1.0 101.3 100.25sPKmsr 濾布阻力可忽略Kq 2sKq3221065 . 1s3752)求過濾時間加倍時的濾液量s75037522Kq3312. 2750106m5 . 112. 2qq23/62. 0mm91【例3-4】擬在9.81103Pa的恒定壓強差下過濾某懸浮液。已知該懸浮液由直徑為0.1mm的球形顆粒狀物質懸浮于水中組成，過濾時形成不可壓縮濾餅，其空隙率為60%，水的粘度為1.010-3Pas，過濾介質阻力可以忽略，若每獲得1m3濾液所形成的濾餅體積為0.333m3。試求：1）每平方米過濾面積上獲得1.5m3濾液所需的過濾時間；2）若將

39、此過濾時間延長一倍，可再得濾液多少？ 92Kq 2vrpKs21rvpK2解：1）求過濾時間已知過濾介質阻力可以忽略的恒壓過濾方程為單位面積獲得的濾液量q=1.5m3/m2過濾常數對于不可壓縮濾餅，s=0，r=r=常數，則已知p=9.81103Pa，=1.010-3Pas，v=0.333m3/m2 9332215ar，所以，324332/mm106101 . 0666ddda1/m10333. 16 . 06 . 0110652103224，則，r/sm1042. 4333. 010333. 1100 . 11081. 92231033，所以，KsKq5091042. 45 . 1322又已知

40、濾餅的空隙率=0.6，球形顆粒的比表面94s 101850922，則233/mm12. 210181042. 4Kq濾液再獲得即每平方米過濾面積上323m62. 0/mm62. 05 . 112. 2qq2）過濾時間加倍時增加的濾液量95恒速過濾恒速過濾RdVVquAdA常數RquRVAu2RRepr ur u q ()edqpdrqq 964、先恒速后恒壓22edVKAdVV22eKAVVdVd22RRVeVKAVVdVd2222ReRRVVV VVKA222ReRRqqqqqK97985、過濾常數的測定過濾常數過濾常數：K(m2/s)、qe(m3/m2)、e(s)。過濾常數與過濾過濾常數與

41、過濾體系、操作條件有關，通常由恒壓過濾實驗測定。體系、操作條件有關，通常由恒壓過濾實驗測定。（1）恒壓下K、qe、e的測定積分法：積分法： 2e22KAVVV Kqqq e22e21qKqKq 99注意：注意： 在實驗測定過程中積分法是測定實驗過程中某時刻濾在實驗測定過程中積分法是測定實驗過程中某時刻濾液的總量；液的總量； 在實驗過程中要保證最終得到的關系線為直線，也就在實驗過程中要保證最終得到的關系線為直線，也就是過濾常數恒定，必須注意哪些問題？是過濾常數恒定，必須注意哪些問題？ 保證保證、r、v、s、p等參數即懸浮液體系、溫度、濃度等參數即懸浮液體系、溫度、濃度、過濾方式、過濾介質、過濾壓

42、力等在過濾過程中維持恒定、過濾方式、過濾介質、過濾壓力等在過濾過程中維持恒定； 過濾常數是在一定過濾壓力下測定的，它能否用于其過濾常數是在一定過濾壓力下測定的，它能否用于其他過濾壓力的計算呢？他過濾壓力的計算呢？ 10012spKr v1 sKrvpKr vp 若比阻若比阻r與參數與參數v沒有變化則沒有變化則sppKK 1 若為不可壓縮濾餅則若為不可壓縮濾餅則 ppKK 濾餅多具有可壓縮性，且實驗條件往往與實際操作條件濾餅多具有可壓縮性，且實驗條件往往與實際操作條件不同如懸浮液的濃度、溫度、壓力等等，所以要將實驗測定不同如懸浮液的濃度、溫度、壓力等等，所以要將實驗測定的過濾常數應用于實際生產，

43、必須利用以上各式進行校正；的過濾常數應用于實際生產，必須利用以上各式進行校正；但校正前必須確定壓縮性指數但校正前必須確定壓縮性指數s。101（2）壓縮性指數的測定）壓縮性指數的測定112()sKk pkr v kpsK2loglog1log 1026 6 過濾設備過濾設備 工業上使用的典型過濾設備：工業上使用的典型過濾設備：按操作方式分類：間歇過濾機、連續過濾機按操作方式分類：間歇過濾機、連續過濾機按操作壓強差分類：壓濾、吸濾和離心過濾按操作壓強差分類：壓濾、吸濾和離心過濾板框壓濾機（間歇操作）板框壓濾機（間歇操作）轉筒真空過濾機（連續操作）轉筒真空過濾機（連續操作）過濾式離心機過濾式離心機1

44、03(1)板框壓濾機104首先是正壓強壓脫水，也稱進漿脫水，即一定數量的首先是正壓強壓脫水，也稱進漿脫水，即一定數量的濾板在強機械力的作用下被緊密排成一列，濾板面和濾板在強機械力的作用下被緊密排成一列，濾板面和濾板面之間形成濾室，過濾物料在強大的正壓下被送濾板面之間形成濾室，過濾物料在強大的正壓下被送入濾室，進入濾室的入濾室，進入濾室的過濾物料其固體部分被過濾介質過濾物料其固體部分被過濾介質（如濾布）截留形成濾餅，液體部分（如濾布）截留形成濾餅，液體部分透過過濾介質而透過過濾介質而排出濾室，從而達到固液分離的目的排出濾室，從而達到固液分離的目的濾液流出的方式分濾液流出的方式分明流明流和和暗流暗

45、流。明流過濾：明流過濾：濾液從每塊濾板上的出液孔直接流出的濾液從每塊濾板上的出液孔直接流出的為為明流明流式式暗流過濾：暗流過濾：所有的濾液匯合起來流出的方式是暗流所有的濾液匯合起來流出的方式是暗流式。濾液收集是封閉的。式。濾液收集是封閉的。壓緊機構壓緊機構：壓緊機構包括手動壓緊、機械壓緊、液壓壓緊。105 BAY4/450-30UBAY4/450-30U（ 液壓壓緊式暗流板框壓濾機）液壓壓緊式暗流板框壓濾機） 常用的板框壓濾機有常用的板框壓濾機有 BMSBMS、BASBAS、 BMYBMY及及 BAYBAY等類等類型。型。 其中其中 B B表示板框壓濾機、表示板框壓濾機、 M M表示明流、表示

46、明流、A A表示暗流、表示暗流、S S表示手動壓緊、表示手動壓緊、Y Y表示液壓壓緊，表示液壓壓緊，U U表示板框材質表示板框材質為塑膠。尺寸單位為為塑膠。尺寸單位為mmmm。板框壓濾機的型號板框壓濾機的型號106試說出BAY4/450-30U所代表的意義。 答：板框壓濾機，濾液流出的方式為暗流，壓緊方式為液壓壓緊，過濾面積是4m2，框內尺寸為450450mm，濾餅厚度為30mm,板框材質為塑膠。1071081）結構）結構由許多塊帶凹凸紋路的濾板與濾框交替排列組裝于機構成。由許多塊帶凹凸紋路的濾板與濾框交替排列組裝于機構成。主要包括主要包括濾板、濾框、夾緊機構、機架濾板、濾框、夾緊機構、機架等

47、組成。等組成。 濾板濾板：凹凸不平的表面，凸部用來：凹凸不平的表面，凸部用來支撐濾布支撐濾布，凹槽是，凹槽是濾液濾液的流道的流道。濾板右上角的圓孔，是濾板右上角的圓孔，是濾漿通道濾漿通道；左上角的圓孔，；左上角的圓孔，是是洗水通道洗水通道。洗滌板洗滌板：左上角的洗水通道與兩側表面的凹槽相通，左上角的洗水通道與兩側表面的凹槽相通， 使洗水流進凹槽；使洗水流進凹槽；非洗滌板：非洗滌板：洗水通道與兩側表面的凹槽不相通。洗水通道與兩側表面的凹槽不相通。109 為了避免這兩種板和框的安裝次序有錯，在鑄造時常在板為了避免這兩種板和框的安裝次序有錯，在鑄造時常在板與框的外側面分別鑄有一個、兩個或三個小鈕。非

48、洗滌板為一與框的外側面分別鑄有一個、兩個或三個小鈕。非洗滌板為一鈕板，框帶兩個鈕，洗滌板為三鈕板。鈕板，框帶兩個鈕，洗滌板為三鈕板。 濾框：濾框：濾漿通道：濾漿通道：濾框右上角的圓孔濾框右上角的圓孔洗水通道：洗水通道：濾框左上角的圓孔濾框左上角的圓孔濾板與濾框裝合時，按鈕數以濾板與濾框裝合時，按鈕數以1-2-3-1-2-3.的順序排列。的順序排列。110 板框壓濾機為板框壓濾機為間歇操作間歇操作，每個操作循環由，每個操作循環由裝合、過濾、裝合、過濾、洗滌、卸餅、清理洗滌、卸餅、清理5個階段組成。個階段組成。2）操作過程）操作過程根據濾液排出方式分為：根據濾液排出方式分為：明流和暗流明流和暗流

49、裝合：裝合：將板與框按將板與框按 1-2-3-2-1-2-3 1-2-3-2-1-2-3的順序，濾板的兩的順序，濾板的兩側表面放上濾布，然后用手動的或機動的壓緊裝置固定，使側表面放上濾布，然后用手動的或機動的壓緊裝置固定，使板與框緊密接觸。板與框緊密接觸。 過濾：過濾：懸浮液在指定壓強下送進濾漿通道，由通道流懸浮液在指定壓強下送進濾漿通道，由通道流進每個濾框里；進每個濾框里；濾液濾液分別穿過濾框兩側的濾布，沿濾板板面分別穿過濾框兩側的濾布，沿濾板板面的溝道至濾液出口排出；的溝道至濾液出口排出；顆粒顆粒被濾布截留而沉積在濾布上，被濾布截留而沉積在濾布上，待濾餅充滿全框后，停止過濾。待濾餅充滿全框

50、后，停止過濾。111 洗滌：洗滌：洗滌水經洗水通路從洗滌板上的孔道進入各個洗滌洗滌水經洗水通路從洗滌板上的孔道進入各個洗滌板的兩側，洗滌水在壓差（板的兩側，洗滌水在壓差（洗滌板上的濾液出口關閉洗滌板上的濾液出口關閉形成）的）的推動力下先穿過一層濾布及整個框厚的濾餅，然后再穿過一層推動力下先穿過一層濾布及整個框厚的濾餅，然后再穿過一層濾布，最后沿濾板（一鈕板）板面溝道至濾液出口排出。濾布，最后沿濾板（一鈕板）板面溝道至濾液出口排出。 這種操作方式稱為這種操作方式稱為橫穿洗滌法橫穿洗滌法。洗滌水穿過的途徑正好是過濾終了時濾液穿過途徑的二倍，洗滌水穿過的途徑正好是過濾終了時濾液穿過途徑的二倍，流通面

51、積是過濾面積的一半。流通面積是過濾面積的一半。過濾：過濾：料漿料漿 框內成濾餅框內成濾餅 濾液穿過餅和單層濾布濾液穿過餅和單層濾布 排出排出洗滌：洗滌：洗水洗水 洗滌板洗滌板 濾布濾布 濾餅濾餅 濾布濾布 過濾板排出過濾板排出112卸渣、整理卸渣、整理：打開板框，卸出濾餅，洗滌濾布及板、框。：打開板框，卸出濾餅，洗滌濾布及板、框。113結構簡單，價格低廉，占地面積小，過濾面積大。結構簡單，價格低廉，占地面積小，過濾面積大。可根據需要增減濾板的數量，調節過濾能力。可根據需要增減濾板的數量，調節過濾能力。對物料的適應能力較強，由于操作壓力較高對物料的適應能力較強，由于操作壓力較高( (310kg/

52、cm2)，對顆粒細小而液體粘度較大的濾漿，也能適用。對顆粒細小而液體粘度較大的濾漿，也能適用。間歇操作，生產能力低，卸渣清洗和組裝階段需用人力操作，間歇操作，生產能力低，卸渣清洗和組裝階段需用人力操作，勞動強度大，所以它只適用于小規模生產。勞動強度大，所以它只適用于小規模生產。近年出現了各種自動操作的板框壓濾機，使勞動強度得到減近年出現了各種自動操作的板框壓濾機，使勞動強度得到減輕。輕。3）特點）特點114一個操作循環：一個操作循環：過濾過濾洗滌洗滌卸渣、整理重裝卸渣、整理重裝輔輔助助時時間間洗洗滌滌時時間間過過濾濾時時間間操操作作周周期期 操作周期：操作周期： wDT洗洗板板板框壓濾機板框壓

53、濾機框框非非洗洗板板洗洗板板濾液流出濾液流出懸懸浮浮液液入入口口洗滌液流出洗滌液流出洗洗滌滌液液入入口口36003600WDVVQT1152葉濾機116 葉濾機有許多濾葉組成，濾葉為內有金屬網的扁平框架，外包濾布，將濾葉裝在緊密的機殼內（加壓式），為濾漿所浸沒，濾漿在壓差的作用下穿過濾布進入濾葉內部，成為濾液從其周邊流出。過濾完畢，機殼內改充清水，使水與濾液經過相同的路徑通過濾餅進行置換洗滌，濾餅可用振動器使其脫落，或用壓縮空氣將其吹下。特點：間歇式、推動力大、洗滌充分、機械化程度高、密閉過濾；構造復雜、造價高。1173回轉真空過濾機轉筒真空過濾機結構示意圖轉筒真空過濾機結構示意圖動盤動盤定盤

54、定盤轉筒轉筒金屬網金屬網濾布濾布濾餅濾餅攪拌器攪拌器洗滌噴頭洗滌噴頭料漿槽料漿槽刮刀刮刀118 工業上用的很多。 濾漿側為常壓，而濾液側為真空。主要部件是轉筒，其長度與直徑之比約為1/22，在水平安裝的中空轉筒表面覆蓋濾布，浸沒于濾漿中的過濾面積約為全部面積的三、四成，轉速0.13r/min，每轉一周，過濾表面的任一部分就相繼經歷過濾、洗滌、吸干、吹松、刮渣等操作，而任一瞬間，對整個轉筒來說，其各部分表面則分別進行以上各個不同階段的操作，因此，轉筒每轉一周就對應一個操作循環。11912WAAWdVd14EddV)(82eVVKA7、濾餅的洗滌()WWWVdVd()WdVd120WdVdEdVd

55、22()eKAVV12136003600WDVVQT8、過濾機的生產能力1）間歇過濾機122eeeeVnKAVKAV60)(22nVnnKAnVQee)60(6060222）連續過濾機360浸沒角度nT60nT60123124125126例：例：用一臺用一臺26個框的板框個框的板框(框尺寸為框尺寸為625mm 625mm25mm)壓濾機過濾一種含固體顆粒為壓濾機過濾一種含固體顆粒為25kg/m3的懸浮液，在過濾機入的懸浮液，在過濾機入口處濾漿的表壓為口處濾漿的表壓為3.39105Pa,已測得在此壓力下已測得在此壓力下K=1.8610-4，qe=0.0282，料漿溫度為料漿溫度為25，每次過濾到

56、濾餅充滿濾框為止，每次過濾到濾餅充滿濾框為止，然后用清水洗滌濾餅，洗水溫度及表壓與濾漿相同，體積為，然后用清水洗滌濾餅，洗水溫度及表壓與濾漿相同，體積為濾液體積的濾液體積的8%，每次卸渣，清理，裝合等輔助操作時間為，每次卸渣，清理，裝合等輔助操作時間為15min。已知固相顆粒密度為已知固相顆粒密度為2930kg/m3，又測得濕濾餅的密度又測得濕濾餅的密度為為1930kg/m3。求此板框壓濾機的生產能力。求此板框壓濾機的生產能力。127思路：求思路：求V、 、W V求解：依據物料衡算求解：依據物料衡算 料漿中固體顆粒濾餅中的固體顆粒料漿中固體顆粒濾餅中的固體顆粒 料漿濾餅濾液料漿濾餅濾液求解：恒

57、壓過濾方程式求解：恒壓過濾方程式W求解：恒壓過濾方程式求得過濾速率求解：恒壓過濾方程式求得過濾速率DWVQ3600EwddVddV)(41)(128解：解： 總過濾面積總過濾面積 228 .20262625. 0mA濾框總容積濾框總容積 3262. 026025. 0625. 0Vm 已知已知1m3濾餅的質量為濾餅的質量為1930kg，其中含水其中含水x kg,水的密度水的密度按按1000kg/m3考慮。考慮。 1100029301930 xxx=518kg1m3濾餅中固相顆粒質量為濾餅中固相顆粒質量為1930-518=1412 kg生成生成1m3濾餅所需的濾漿質量為濾餅所需的濾漿質量為 kg

58、57890252510001412129生成生成1m3濾餅的濾液的質量為：（濾餅的濾液的質量為：（57890-1930）=55960kg396.55100055960m濾框全部充滿時的濾液體積為濾框全部充滿時的濾液體積為366.14262. 096.55mV過濾終了時單位面積濾液量為過濾終了時單位面積濾液量為 23/699. 08 .2066.14mmAVq代入代入 Kqqqe22421086. 10282. 02qqs2835生成生成1m3濾餅濾液體積為濾餅濾液體積為: 130過濾終了時濾液的速度過濾終了時濾液的速度 699. 0)(2qeqqKddqsm/1028. 10282. 0699

59、. 0121086. 144洗滌液體積洗滌液體積 3173. 166.1408. 008. 0mVVW過濾終了時濾液的速率：過濾終了時濾液的速率： smddqAddVE/1066. 21028. 18 .20334EWWddVV4131066. 241173. 1s1764131生產能力生產能力 90017642835360066.143600DWVQhm /597. 93132X：有一板框壓濾機：有一板框壓濾機,過濾某種懸浮液過濾某種懸浮液,當濾渣完全充滿濾框時得濾當濾渣完全充滿濾框時得濾液液40m3,過濾時間為過濾時間為1h，隨后用，隨后用10%濾液量的清水濾液量的清水(物性可視為物性可視

60、為和濾液相同和濾液相同)洗滌洗滌,每次拆裝時間為每次拆裝時間為15分鐘。分鐘。 (1)在上述操作中在上述操作中Ve=3m3 ,試求該機的生產能力試求該機的生產能力,以以m3/h表示之。表示之。 (2)如果將該機的每一個濾框的厚度減半如果將該機的每一個濾框的厚度減半,長寬不變長寬不變,而框數加倍而框數加倍, 仍用同樣的濾布仍用同樣的濾布, 清水洗滌量也不變清水洗滌量也不變,每次拆裝時間增到每次拆裝時間增到30min ,試問在同樣操作條件下進行上述過濾至濾餅剛充滿濾框試問在同樣操作條件下進行上述過濾至濾餅剛充滿濾框,生產生產能力將變為若干能力將變為若干m3(濾液濾液)/h?已知已知: V=40m3